交叉杆自动检测系统设计研究
摘 要:本文要探讨的交叉杆自动检测系统,就是通过PLC控制机械手的升降、抓取、释放、移动、窗户的升降、小车的进退,且经过较为复杂的编程使这一系列的动作自动有序完成。
关键词:交叉杆;自动检测;系统;研究
1 PLC的控制特点
PLC集中了计算机的功能完善、灵活性、通用性强和继电器控制系统的简单、易懂、操作方便等优点,它与传统继电器逻辑控制和计算机控制相比,具有如下特点:
①可靠性高,抗干扰能力强;②硬件配套齐全,功能强,通用性好;③系统的设计、安装、调试工作量少,维修方便;④联网方便、便于系统集成。
由于PLC具有上述一系列优点,已经广泛应用于冶金、化工、轻工、机械、电力、建筑、交通、运输等行业。
由于该检测环境比较恶劣,存在一定的电磁干扰,而且检测室密闭不透光,这就使得交叉杆的定位要求比较高,同时机械手和暗室窗户的动作顺序和连贯性要求也比较高。因此,这些动作的顺序就要涉及一些传感器的使用,而PLC在这方面具有强大的功能,而且PLC的I/O接线只需将信号的设备(如传感器、开关、按钮等)与其输入端子直接连接,将接收输出信号执行控制任务的执行元件(接触器、电磁阀等)与PLC的输出端子直接连接。传统继电器控制中的一些中间继电器、计时器、计数器等功能是由处理器内部完成的,这就大大减少了控制柜的设计、安装、接线等工作量。而计算机控制还要在输入、输出接口上做大量工作,才能与现场设备连接,而且调试也比较烦琐。PLC的故障率很低,并且具有完善的诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时,可以根据PLC上的指示灯或编程器提供的信息迅速地查明故障原因,用更滑模块的方法可以迅速地排除PLC的故障。
2 基于PLC的交叉杆全自动检测系统的设计
2.1 设计原理交叉杆全自动检测系统的特点是快速、准确的将交叉杆由外部移动到银光探伤机的工作位,为银光探伤机的工作做辅助。
2.2 设计方案
2.2.1 机械结构方案的设计
根据工作环境的要求,该系统分为两部分(一部分是辅助进料,一部分辅助出料,如图1)。
图1 交叉杆进、出料示意
该装置通过减速电动机实现机械手的左、右移动,行程位置是靠安装在主体架的接近开关控制。而机械手的动作是通过PLC控制气缸的动作实现。
机械手升降(如图2)是气缸1动作实现,机械手对交叉杆的抓取和释放是气缸2实现。
图2 机械手机构示意图
2.2.2 驱动方案的设计
交叉杆全自动检测系统的执行元件采用气动驱动方式。气压传动系统对工作环境适应性比较好,特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中,比液压、电子、电气传动和控制优越;气体压力具有较强的自保持能力,及时压缩机停机,关闭气阀,但装置仍然可以维持一个稳定的压力,保证机械手不会因外界突然断气而发生意外。
2.2.3 控制方案的设计
为了不受外界工作环境的影响,以及实现自动控制,我们采用PLC控制整个检测系统。
①PLC的结构(如图3)。PLC是一种工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,一般由中央处理器(CPU)单元、存储器单元、输入输出接口及外设接口等组成。
CPU是PLC控制系统的核心部分,是PLC的运算和控制中心,用来实现各种运算功能,并通过输入接口读入外部设备的状态,按照所编程序去处理,根据处理结果通过输出接口控制外部输出设备(气压电磁阀),从而实现对整个PLC内部和外部数据的控制。
图3 PLC结构图
②系统输入/输出分布表。
进料侧I/O端子分布表
[\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&][名称
小车移动
机械手抓取
机械手升降
机械手行走
窗户升降][I/O
端子
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1][备注
磁性开关(近)
磁性开关(远)
磁性开关(近)
磁性开关(远)
磁性开关(近)
磁性开关(远)
接近开关(近)
接近开关(远)
磁性开关(近)
磁性开关(远)][名称
小车移动
机械手抓取
机械手升降
机械手行走
窗户升降][I/O
端子
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
Q1.0
Q1.1][备注
1#电磁阀
2#电磁阀
3#电磁阀
4#电磁阀
5#电磁阀
6#电磁阀
1#接触器
2#接触器
7#电磁阀
8#电磁阀][输入][输出]
出料侧I/O端子分布表
[\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&\&][名称
小车移动
机械手抓取
机械手升降
机械手行走
窗户升降][名称
小车移动
机械手抓取
机械手升降
机械手行走
窗户升降][输入][输出][I/O
端子
I2.3
I2.2
I1.6
I1.7
I1.4
I1.5
I1.2
I1.3
I2.0
I2.1][备注
磁性开关(近)
磁性开关(远)
磁性开关(近)
磁性开关(远)
磁性开关(近)
磁性开关(远)
接近开关(近)
接近开关(远)
磁性开关(近)
磁性开关(远)][I/O
端子
Q2.3
Q2.2
Q1.6
Q1.7
Q1.4
Q1.5
Q1.2
Q1.3
Q2.0
Q2.1][备注
9#电磁阀
10#电磁阀
11#电磁阀
12#电磁阀
13#电磁阀
14#电磁阀
3#接触器
4#接触器
15#电磁阀
16#电磁阀]
③检测系统程序设计(以进料侧为例,出料侧的工作原理和进料侧相同,机械手的动作、窗户的动作等工作顺序不同)。
a机械手抓取交叉杆,首先要求交叉杆在小车上的定位,该定位是通过电磁阀控制气缸伸缩,位置是通过磁性开关设定;
b机械手抓取交叉杆,通过气缸1下降到交叉杆定位的位置,气缸2动作抓取交叉杆,然后机械手回位;
c窗户下降,该动作是通过电磁阀控制气缸伸缩,位置是通过磁性开关设定;
d机械手行走,该动作是通过控制减速电动机的正、反转使机械手到达设定位置;
e机械手释放交叉杆,通过气缸1下降到交叉杆定位的位置,气缸2动作释放交叉杆,然后机械手回位;
f机械手行走回位,窗户上升。
在整个检测系统程序中,我们加入了启动、停止、复位功能。停止是防止机械手在动作中途发生意外而设定的;复位是为每次设备开机后,保证整个系统各部位全部处于初始位置,为下一步系统工作做好准备。
3 结束语
交叉杆检测系统是一套全自动检测系统,该系统采用气动式驱动,动作快速,自动定位,控制性能好,而且不受外界环境影响,能够在各种工作环境下完成检测任务。原来需要3-4个人完成的任务,现在只需要1-2个人就可以完成,减少了人员配备,提高了工作效率。
参考文献:
[1]李凤阁,等.电气控制与可编程控制器应用技术[M].机械工业出版社,2007.
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